Formation Bus de Terrain _Partie 2a _ IO-Link

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Formation basiques pour nos techniciens.
Présentation du standard IO-Link. C'est le complèment pour la présentation "Panorama de Fieldbuses"

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Formation Bus de Terrain _Partie 2a _ IO-Link

  1. 1. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link
  2. 2. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Introduction :Les Entrées/Sortiesdanslessystèmesautomatisés 1. Aujourd’hui,80% de systèmes d’automatisme industriel sont des systèmesdistribués, concentrésautour d’un réseau industriel, 2. 75%de composants matériels de ces systèmes sont desmodules d’Entrées/Sorties 3. Avec l’équipement associé (capteurs, connecteurs, câbles), ils représentent • ~60%de coûts « matériels » • ~65%de coûts d’intégration (câblage, réglage, tests) 4. ~48%d’interventions concernentles problèmes de composants d’Entrées/Sorties (unepanne, le remplacement, le réglage/paramétrage, l’extension) 5. Pour 70%d’utilisateurs, la réduction des coûts et l’amélioration de la productivité est déterminéepar le choix des systèmes E/S (la fonctionnalité, la disponibilité, la facilité d’intégration, les prix) 2
  3. 3. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Introduction :Evolution desarchitectures desEntrées/Sorties 3 Source : W.Healy, « IO-Link, 5reasons to switch todistributed I/O »,White Paper, Balluff Inc, 2012 Les systèmes d’ Entrées/Sorties ont évoluées significativement dans les 40 dernières années. L’objectif était toujours: - Une réduction descoûts d’intégration etd’exploitation (parle point d’E/S), - Unesimplification et une réduction du temps de laconception etde la mise en œuvre, - Une minimisation dunombre d’interfaces nécessaires (bornes, coffrets, connecteurs, câbles) - Une augmentation dela disponibilitédusystème, avec une optimisation des procédés du dépannage Centralisée Centralisée, déportée Distribuée Distribuée, déportée
  4. 4. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Introduction :Evolution desarchitectures desEntrées/Sorties 4 Lesrésultats decette évolution 1. La percée en matière de communication sur toutes les couches (niveaux) du système de Contrôle-Commande (réseaux industriels) 2. Une généralisation des composants intelligent (capteurs/actionneurs), avec un µprocesseur et un certain nombre de données à exploiter 3. Une réduction dunombre desvariantes et d’interfaces grâce àla standardisation de la connectique 4. Diagnostic centralisé pour la globalité de l’installation et de l’équipement Mais : a) Les réseaux n’atteignent pas le niveau des capteurs/actionneurs dit «simples ». Donc les données embarquées restent souvent inexploitables b) Certain problèmes «physiques »restent : - E/S TOR PNP/NPN, 2/3 fils (?), - E/S analogiques 0-10V/(0)4-20mA, 3/4/5 fils, - Le fonctionnement «mixte »(A/D) sur la même interface physique … Donc, les coûts d’intégration (et d’exploitation)restent élevés, même pour des technologies d’E/S simples.
  5. 5. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Introduction :IO-Link- ladernièreétaped’évolution desE/S 5 Power24V DC IO-Link: est une interface communicante pour les capteurs/actionneurs: 1. Les modules, distribués sur leréseau, contiennent le dispositif de communications, du type «Maître/Esclave» avec les E/S 2. « Esclave» réalise unefonction simpled’E/S (TOR, ou analogique, ou numérique) et communique ses données au « Maître » 3. La connexion se fait via un simple câbleà 3(5) fils, dela longueur max. de20m, 4. Le fonctionnement «mixte A/D» est possibles, souvent « Plug& Work » IO-Master  IO-Slaves (device) -> Main Controller Source : Balluff Inc, 2012
  6. 6. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link : quelques détails techniques - Qu’est-cequec’est IO-Link ? - Commentfonctionne-t-il? 6
  7. 7. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Qu’est-ceque c’est IO-Link ? 7 1. IO-Link est une interface decommunication sérielleentre le système de commande et les composants dits « de bas niveau » : les capteurs et les actionneurs. 2. IO-Link est normalisé :IEC-61131-9 3. IO-Link est une structure type«Maître–Esclave», indépendante du bus de terrainutilisé et s’intègre facilement dans un réseau existant 4. IO-Link permet d’échanger : - desdonnées deprocess (les mesures), - desdonnées deservice - diagnostic (l’état du device), - les paramètres (configuration), etc. 5. IO-Link utilise lecâbleà 3(4/5 *) fils, non-blindé, de lalongueur max. 20m, et les connecteurs standardisés M12/M8/M5 (*) en fonctiond’environnement 7 Power24V DC IO-Master  IO-Slaves (device) -> Main Controller Source : Balluff Inc, 2012
  8. 8. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Les composants du système IO-Link 8 Ethernet FIELDBUS IO-Link connections IO-Link Devices (Slaves) IO-Link Masters (Ports) IO-Link estindépendant du bus deterrainutilisé Les composants IO-Link: • IO-Link Device (Esclave) (capteur/actionneur ou un autredispositif défini dans la spécification IEC61131-9) • IO-Link Connection (un câble decommunication 3/4/5fils, non blindé, max 20m,avec connecteurs M12/M8/M5selon la norme IEC60947-5-2) • IO-Link Master (p.ex.un module E/S del’API ou déporté,unepasserelletype CTEU/CAPC ou ProfiNet-IO-Link,…)
  9. 9. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Les composantsdusystèmeIO-Link :le Master 9 1. Les produits du type IO-Link Master sont proposés parplusieurs fournisseurs - Festo (CECC-LK, CTEU/CAPC, CPX-CTEL) - Siemens,Beckhoff, B&R, - PhoenixContact, Wago,MurrElectronic - Balluff,Turck, IFM, Sick, 2. Le Master IO-Link peut avoir1 à N portsde communication 3. Pour Master, ilest conseillé d’utiliser une prise type M12, 5 broches, femelle 4. Pour le Master, la spécification défini deux classes de ports: - Port classe A,où l’affectation de labroche 2 n'est pas détaillée, etpeut être librement définie parle constructeur, - Portclasse Bpour les appareils nécessitant une alimentation spéciale. Port A Port B Info++
  10. 10. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Les composantsdusystèmeIO-Link :IO-LinkDevice(Esclave) 10 IO-Link Master IO-Link Device 1. Un IO-Link Device met à la disposition du Master un certain nombre de données: - Données de process (les valeurs mesurées), - Données deservices (paramètres, données diagnostic) - Données d’identification de l’appareil 2. Ces données sont rangées dans les endroits (adresses) bien précises etsont accessibles viale protocole IO-Link. 3. Chaque fabricant d’un appareil doit organiser lamémoire et créer les variables dans ces zones définies. 4. Toute cette information est décrite dans le fichier IODD fournis parle fabricant. (IODD=Input OutputDeviceDescription)
  11. 11. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link : lesbasesdufonctionnement 1. Lesconnections sont «point-à-point» : UNportdu Master =UNseule IO-Link Device (Esclave); 2. IO-Link peut fonctionner : - en mode SIO de commutation 24V; comme avec un capteur « classique »,et - en mode COM1/2/3 de communication sérielle (pulse modulation, stdUART, 1/8/E/1) 3. Vitesses de communication possibles (kBit/s) : 4.8 (COM1),38.4 (COM2),230.4 (COM3) 3. Au niveau applicatif, IO-Link réalise 2 formes detransmission: a) Transmission cyclique(pardéfaut) des données process (lesvaleursanalogiquessontnumériséeset transmisesencontinu) a) Transmission acyclique(à la demande du Maître): - Paramètres de configuration (Service Data) - Données diagnostiques - Evénements (erreurs, avertissements, notifications) 11
  12. 12. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link : lesbasesdu fonctionnement :info ++, maisimportante 1. Un portIO-Link peut être aussi utilisé comme une Entrée/Sortie TOR; 2. Le réglage se fait,en général, parle logiciel deconfiguration et doit être formellement décrite parle constructeur (dans la documentation de l’appareil). SIO-Mode: EntréeouSortie TORStandard - UnCapteur/Actionneur« Normal»de 24Vpeutêtreconnecté Exemple (Step7):Configurationd’unportIO-LinkparSoftware IO-LinkCommunication-Mode: Portutilisécomme IO-LinkMaster -CommunicationsérielleavecIO-LinkDevice, - Echange cyclique dedonnées« process» - Echangeacyclique dedonnéesdeservice (paramètres/diagnostic/events) - Détectionautomatiquedebaud-rate Portdésactivé
  13. 13. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link : le fonctionnement (1) 1. Un IO-Link Master peut avoir 1à N ports (CECC-LKpossède 4 ports) 2. Un portest toujours connecté à un seule Esclave (device) 3. Un « device» démarretoujours en mode SIO (std IO mode) 4. Le portde Master pourraitavoirdifférentes configurations 5. Si leport est configuré en mode SIO, ilfonctionne comme une Entrée/Sortie TOR standard 6. En Communication Mode (SDCI,COM1/2),le Master essaye d’établir la communication avec l’Esclave (IO-Link device) 7. C’est une procédure de réveil (Wake-Up) 9. SDCI(Single DropCommunication Interface)
  14. 14. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link : le fonctionnement (2):Wake-Up(le réveil) 1. Pendant le REVEIL (Wake-Up), le Master commence par l’envoie d’une télégramme spécifique WURQ etattend la réponse de «Device » (Esclave) 2. Il commence parle baud-rate le plus élevé (COM3ou COM2) 3. En cas d’échec, il essaie avec le baud-rate plus petit (COM2ou COM1) 4. Chaque fois, il ya trois tentatives de lapart du Master 5. Si l’Esclave répond, les deux partenaires entre en communication 6. D’abord ilséchangent les paramètres, et puis c’est l’échange cyclique qui démarre 1. Mastertelegramin COM3(230.4kbit/s) (optional) 2. Mastertelegramin COM2(38.4kbit/s) 3. Mastertelegramin COM1(4.8kbit/s) 4. Responsefrom device in COM1
  15. 15. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Miseen œuvre IO-Link :lesoutils softwared’ingénierie 15 Pour intégreruneliaison IO-Linkdans uneapplication, il faut : • Unedescription et documentation de l’appareil IO-Link, • Unconfigurateur (software) de ports IO-Link - soit, intégrédans l’atelier logiciel dusystème de commande, - Soit unoutil standard FDT/DTM(avec unplug-inIO-Linktools) - Soit un adaptateur USB/IO-Link(p.ex. de chezTURCK,ifm,…) • Unfichier de description du produit : IODD, - fourni par le fabricant, ou - Disponible sur leWEB-site du constructeur
  16. 16. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Miseen œuvre IO-Link :lesoutils softwared’ingénierie 16 L’intégration de l’appareil IO-Linkest trèsfacile etse fait en 4pas: 1. Sélection du port Master 2. Sélection de IO-LinkDevice (danslecatalogue IODD‘sdel’équipementdisponible) 3. Paramétrage de l’appareil (si nécessaire) 4. Acceptation et validation desélection (p.ex.boutons «Install device »,«Plugdevice »,…) NB. Souventl’étape2peutêtreréaliséeautomatiquement(option« Scan device»)
  17. 17. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Exemple:l‘Intégration de IO-Device (sousCoDeSysV3) 17 3. Plug Device to your application 1.Select Device Repository, select IO-LinkDevices and click Install… 2.Select the (IODD) XML file
  18. 18. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Exemplesde l’application avecIO-Link (sourcesdiverses) Utilisation E/S analogiques: 1. Directement avec des capteurs équipés d’interface IO-Link 2. Via un convertisseur D/A (IO-Link/analogue) (p.ex. de chez Balluff) 18 1 2
  19. 19. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Exemplesde application avecIO-Link (sourcesdiverses) 1. Terminaux distributeurs (en version multi-pole) 19 Attention: Nous avons les VT: CPV10/14, MPA-L, VTUB, VTUG en version IO-Link/I-Port
  20. 20. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Exemplesde l’application avecIO-Link 1. Les démarreurs de moteurs (Siemens) 20
  21. 21. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Quels sontlesavantages«clé »d’IO-Link? 21 IO-Linkpermet: -un meilleur diagnostique, -plus de fonctionnalités, -plus de la disponibilité et, -moins descoûts de maintenance -uneréduction significative du câblage, -uneréduction des temps d’ingénierieet de la mise en service Câblage & Coûts & Temps Disponibilité & Diagnostic & Fonctionnalité
  22. 22. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Les avantages« clé»d’IO-Link : l’ingénierie aiséegrâce àla standardisation 22 • Grâce auxcâblesetconnecteurs standardisés, le temps de câblage est réduit de façon très significative; ceci permet d’installer/dupliquer les systèmes d’entrées/sorties SEPTà DIX fois plus vite. • Montage et câblagesans défaut: les câbles pré-confectionnés, détrompeurs dans les connecteurs, les connexions point-à-point,… • Intégration facileavec différentes plateformes d’automatisme (bus de terrain, PLCs) • Réduction dela complexité du câblage(moins de point de connexion) et de l’encombrement desarmoires de commande parl’utilisation des câbles simples (3 broches, connecteur M12) • IO-Linkchange lafaçon deconception des systèmes d’automatisme enpermettant deréaliser dessystèmes pluspetits,plusintelligents etplusrapidesàassembler Coûts et Temps Disponibilité & Diagnostic & Fonctionnalité
  23. 23. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Les avantages de IO-Link en termed’exploitationet maintenance 23 • Intégration et paramétrage aisé : dela configuration « on-board » jusqu’aux appareilsde terrain:  Grâce à la spécification software standardisée (FDT/DTM, IODD),les appareils IO-Link s’intègrent facilement dans les plateformes logiciels des différents fournisseurs; • Transparence système maximum  L’accès permanent auxdonnées process et de services (diagnostic, paramètres) est des capteurs/actionneurs; jusqu’au niveau terrain • Réduction destemps d’arrêts et demaintenance  Localisation précise du défaut sur chaque appareil de terrain et messages de défaut en texte clair • Remplacement «à chaud»des appareilsIO-Link (Device) demême type(nb. etdu même fournisseur !) Coûts et Temps Disponibilité & Diagnostic & Fonctionnalité
  24. 24. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link FESTOet IO-Link 24 FESTO est un de membre fondateur du consortium IO-Link Les membresactuels
  25. 25. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link SolutionsIO-Link/ I-PortautourCPX-CTEL et CTEU/CAPS Entrées TOR déportées-module CTSL avec IO-Link /I-Port CTSL-D-E16-M8-3 CTSL-D-E16-M12-5 I-Port Master CAPC-F1-E-M12 CPX 4-fach I-Port Master CPX-CTEL-4-M12-5POL MPA-L avec IO-Link/I-Port VMPAL-EPL-IPO32 VTUG avec IO-Link/I-Port VAEM-L1-S-8-PT VAEM-L1-S-16-PT VAEM-L1-S-24-PT VTUB-12 avec IO-Link/I-Port Versions: VPT – I-Port VLK – IO-Link CPV avec IO-Link/I-Port CPV10-GE-PT-8 CPV14-GE-PT-8 Nœuds Fieldbus avec 2 I-Ports CTEU-PB (Profibus) CTEU-DN (DeviceNet) CTEU-EC (EtherCAT) CTEU-CO (CANopen) CTEU-CC(CC-Link) FESTOet IO-Link
  26. 26. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link CPX-CTEL, CTEU/CAPC :les fonctionsréalisées IO-Link / I-Port Pneumatique I-Port Master IO-Link / I-Port Entrées TOR CPX-CTEL-4 CTSL-D-16E-M8-3-PT CTSL-D-16E-M12-5-PT CAPC-F1-E-M12+ -CTEU-PB -CTEU-CO -CTEU-DN -CTEU-EC -CTEU-CC MPA-L 10mm MPA-L 14mm MPA-L 20mm VTUG10 VTUG14 + VAEM-L1-S-8-PT VAEM-L1-S-16-PT VAEM-L1-S-24-PT VTUB-12 CPV10 CPC14 CECC-LK 4x IO-Link Masterports 1x IO-Link Device FESTOet IO-Link
  27. 27. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Valveterminalsavec l’interface IO-Link Important : TOUSles terminaux distributeurs Festo quipossèdent l’interface I-Port peuvent être utilisés comme les Esclaves (Device) IO- Link Ils ont tous: • LED d’état (status) Communication andpower • Connecteur M12 d’interface A-coded, 5-broches avec alimentation séparée pour des actionneurs (bobines) • Profiled’intégration avec lefichier IODD Disponible sur le portal Festo (download area) • Lest données diagnostic etparamètres Accès aux événements comme manque de tension, rupture bobine et aussi les données de service comme Device-ID, No série, version de firmware,… 27 FESTOet IO-Link
  28. 28. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link et I-port(Festo) :les différences PourquoiI-Port Festo ? (différences entre std. IO-Link et I-Port): • Fonctionnalité Plug & work avec produits Festo -> Pas besoin de IODDpour l’intégration -> Pas besoins de paramètres de configuration • 230.4 kBit/s : vitesse detransmission • Nbdonnées réduit(protocole simplifié) max. 8 Octets I/O data => temps cyclepour 2 octets =2ms I-Port 8Byte I/O 2ms for2Byte at230.4 kBd PlugandWork FESTOet IO-Link
  29. 29. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link / I-Port 29 Plug &Work + 8 octets de données (I/O data) + I- Port (Festo)
  30. 30. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link CECC-LK •Inputs /Outputs 12 In + 8 Out 24 VDC,0.5A, galv.Isolated 2 fast inputs 200kHz LEDsforIOs, Run +Error RTC • Interfaces USB,CANopen 4x IO-Link Master, 1x IO-Link Device CECC-LK: 4ports IO-LinkMaster /1 port IO-LinkDevice 2*SupplyIO- Link-M 4 IO-Link Master 1*IO-Link Device 1*Supply 2 (Fast)+ 12 Input I/O Supply 8 Out FESTOet IO-Link
  31. 31. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link 31 Futureproche:CPX-CTEL-IO-Link Master(Q1 2015) FESTOet IO-Link
  32. 32. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link IO-Link dansle future USB del’automatisme? 32 Communication Standard USB IO-Link Realm of Technology Personal Computers Industrial Automation Parameter Data of Device Device Driver IODD File Communication Signal 5V DC Serial 24V DC Serial Connector Standards Type, Mini, Micro M12 5pin Communication Design Slave & Host Device & Master Cable Media 9wire Shielded 4wire unshielded Plug & Work Yes Yes (forthe sametype ofdevice) • USB a étéconçu pour normaliser les interfaces de périphériques et leur installation sur les PC. • USB a révolutionné l'informatique personnelle en fournissant une interface standardpour les appareils périphériques simples :à partir de disques durs au clavier. • USB est basé sur un pilote (Device Driver)qui assure lafonctionnalité Plug &Work. • Etsi l'appareil tombe en panne, vous achetez un nouveau, vous le branchez et …. il fonctionne. • PourIO-Link :il commence avoirle même impact dans l’automatisme que USB(au début), • Maintenant, on n’attend que plus de produits… (et application) Pour commencer ….
  33. 33. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link FIN Mercipourvotreattention Questions? 33
  34. 34. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Annexes Annexe 3: IO-LinkMaster : Ports A/B 34
  35. 35. W.GOMOLKA/F-FR Nouveaustandard :IO-Link Les composantsdusystèmeIO-Link :les ports A/BdeMaster 35 Portclasse A Labroche4peutêtreconfiguréesoitcomme EntréeTOR(DI),ouLignede communication IO‐Link,ou comme une SortieTOR(DO)avecle courant limité. Broche2est«libre »d’utilisation. Portclasse B Cetypedu portestdésignéauxcapteurs/actionneursavec unealimentationisolée électriquement.Lesbroches2et 5sontdédiéesàcettealim.additionnelle.

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